机械设计是机器人开发的基石，它为机器人打造了一副坚实而灵活的身躯，使其能够在各种环境中执行任务。从精密的关节设计到稳固的底盘结构，每一个细节都关乎着机器人的性能与表现 。
（一）机械结构设计
机器人的机械结构设计堪称一门艺术，它是机器人能够灵活运动的关键所在。以关节设计为例，不同类型的关节赋予机器人不同的运动自由度，就像人类的关节一样，决定了机器人的动作范围和灵活性 。在人形机器人中，关节的设计更是追求与人类关节的相似性，以实现更加自然和灵活的动作。比如，采用旋转关节可以实现手臂的转动，让机器人能够轻松地抓取和放置物体；而线性关节则可用于实现腿部的伸缩，使机器人能够自如地行走和奔跑 。这些关节的设计不仅要考虑运动的灵活性，还要兼顾承载能力和稳定性，以确保机器人在执行任务时能够稳定可靠地运行 。
底盘结构也是机械结构设计中的重要一环，它如同机器人的根基，直接影响着机器人的行动能力和稳定性。常见的轮式底盘具有结构简单、运动速度快的特点，适用于平坦的地面和室内环境，如物流仓库中的搬运机器人，能够在平坦的地面上快速穿梭，高效地完成货物搬运任务 ；履带式底盘则凭借其强大的抓地力和良好的越野性能，在复杂地形中表现出色，如在救援场景中，履带式机器人可以轻松穿越崎岖的山路和泥泞的地面，到达救援现场 ；而步行式底盘则赋予机器人更高的灵活性和适应性，能够跨越障碍物和适应各种复杂地形，但技术难度也相对较高，如在探险任务中，步行式机器人可以在不规则的地形上行走，探索未知的区域 。
（二）运动学与动力学
运动学和动力学是机器人设计中的核心理论，它们就像机器人的智慧大脑，指导着机器人的每一个动作 。运动学原理在机器人运动轨迹规划中起着至关重要的作用，通过对机器人关节角度和位置的精确计算，我们能够规划出机器人的最佳运动路径，使其能够准确地到达目标位置 。在工业机器人的焊接任务中，通过运动学计算，机器人可以精确地控制焊枪的位置和姿态，完成高质量的焊接工作 。
动力学分析则深入研究机器人在运动过程中所受到的力和力矩，以及这些力和力矩对机器人运动的影响 。这对于机器人动力系统的设计具有重要的指导意义，通过动力学分析，我们可以确定机器人所需的动力大小和电机的选型，以确保机器人能够在不同的负载条件下稳定运行 。在设计大型搬运机器人时，需要通过动力学分析来确定电机的功率和扭矩，以保证机器人能够轻松搬运重物，同时还要考虑机器人在加速和减速过程中的惯性力，确保其运动的平稳性 。
（三）机械加工知识
机器人零部件的加工工艺是将设计转化为实际产品的关键环节，它如同工匠的巧手，赋予零部件高精度和高质量 。铸造工艺可以制造出形状复杂的零部件，适用于制造机器人的底座、外壳等大型部件，通过将熔化的金属倒入模具中，冷却后即可得到所需的形状 ；锻造工艺则能够提高零部件的强度和韧性，常用于制造机器人的轴类、齿轮等关键部件，通过对金属坯料进行锻造，可以改善金属的组织结构，提高其力学性能 ；切削加工工艺则可以实现高精度的尺寸控制，用于制造机器人的精密零件，如关节轴、丝杆等，通过切削加工，可以将零件加工到非常精确的尺寸，保证机器人的装配精度和运动精度 。
机械加工的精度和质量直接关系到机器人的性能和可靠性，一个微小的加工误差都可能导致机器人的运动不稳定或出现故障 。因此，在机器人开发过程中，对机械加工知识的掌握和应用至关重要，只有通过精确的加工工艺，才能制造出符合设计要求的零部件，为机器人的高性能运行提供保障 。
